Đang tải... (xem toàn văn)
BTl ổn định bờ dốc
BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI KHOA CƠNG TRÌNH - BỘ MƠN ĐỊA KĨ THUẬT BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC ỔN ĐỊNH BỜ DỐC VÀ TƯỜNG CHẮN ĐẤT Tổ hợp đề: L2-T02-D02 BẢNG KÍCH THƯỚC TƯỜNG CHẮN LOẠI – BÊ TƠNG CỐT THÉP (L2) Kích thước (m) H1 H2 B1 B2 B3 B4 B5 Góc nghiêng β 1.3 5.0 6.3 1.1 1.3 3.9 0.5 20 Tải trọng q (KPa) 20° 5000 ĐẤT ĐẮP ĐẤT NỀN 1100 1300 3900 1300 ĐƯỜNG Ô TÔ 6300 500 ĐẤT NỀN Hình 1: Bố trí tường chắn bê tơng cốt thép BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật BẢNG CHỈ TIÊU CƠ LÝ CÁC LỚP ĐẤT NỀN SỬ DỤNG TÍNH TỐN Lớp đất Chỉ tiêu γ W ∆ e c φ Sr WL WP Eo Đơn vị Đất đắp kN/m3 kN/m3 % kPa độ % % kPa 19 19.7 2.70 20 23 - Đất tự nhiên 19.3 29.2 2.73 0.841 19 13 0.95 38.2 23.6 - Đất tự nhiên 20.1 21 2.72 0.640 27.5 22 0.89 32.9 20.4 21500 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật PHẦN 1:PHÂN LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ NGUN TẮC TÍNH TỐN KHI THIẾT KẾ TƯỜNG CHẮN TRỌNG LỰC / TƯỜNG CHẮN BẢN GĨC Phân loại tường chắn đất ngun tắc tính tốn thiết kế tường chắn trọng lực / tường góc 1.1 Phân loại tường chắn đất 1.1.1 Phân loại theo độ cứng Chia làm loại : tường cứng tường mềm - - Tường cứng : Khơng có biến dạng uốn chịu áp lực đất mà có chuyển vị tịnh tiến chuyển vị xoay Một số tường cứng thường gặp : tường bê tơng , đá hộc , gạch xây Tường mềm : Có biến dạng uốn chịu áp lực đất Một số thường gặp : tường làm gỗ , thép, tường cừ 1.1.2 Phân loại theo ngun tắc làm việc - Tường trọng lực (a) : Độ ổn định đảm bảo chủ yếu trọng lượng thân Các loại tường cứng thuộc tường nửa trọng lực : - Tường nửa trọng lực (b) : Độ ổn định khơng đảm bảo trọng lượng thân mỏng mà trọng lượng khối đất nằm mỏng - Tường góc (c) : Độ ổn định đảm bảo trọng lượng khối đất đắp đè lên mỏng , tường móng , bê tơng cốt thép mỏng nên trọng lượng thân tường móng khơng lớn Tường mỏng có dạng chữ L nên gọi tường chữ L - Tường mỏng (d) : Sự ổn định loại tường đảm bảo cách chơn tường vào Do loại tường gọi tường cọc tường cừ Để giảm bớt độ chơn sâu đất tường để tăng độ cứng tường người ta dùng dây neo BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Hình 1.1 Các loại tường chắn theo ngun tắc làm việc 1.1.3 Phân loại tường theo chiều cao - Tường thấp : có chiều cao nhỏ 10m - Tường trung bình : có chiều cao H= 10-20m - Tường cao : có chiều cao H>20m 1.1.4 Phân loại theo góc nghiêng lưng tường - Tường dốc : Lại phân thành loại dốc thuận dốc nghịch - Tường thoải : góc nghiêng α lưng tường lớn Hình 1.2 Phân loại tường theo góc nghiêng 1.1.5 Phân loại theo kết cấu - Tường liền khối : làm bê tơng, bê tơng đá hộc, gạch xây, đá xây hay bê tơng cốt thép Tường liền khối xây (gạch đá) đổ (bê tơng, bê tơng đá hộc, bê tơng cốt thép) trực tiếp hố móng Hố móng phải rộng móng tường BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật chắn khoảng để tiện thi cơng đặt ván khn Móng tường bê tơng bê tơng cốt thép liền khối với thân tường, móng tường chắn gạch đá xây kết cấu độc lập đá xây hay bê tơng Mặt cắt ngang tường liền khối khác -Tường lắp ghép : gồm cấu kiện bê tơng cốt thép đúc sẵn lắp ghép lại với theo sơ đồ kết cấu định sẵn Cấu kiện đúc sẵn thường khơng lớn (thường 3m) để tiện vận chuyển - Tường rọ đá : gồm rọ đá nối ghép lại với Những rọ đá lưới sắt lưới pơlime xếp lớp, kết nối với xếp đá hộc vào tường rọ Để đất hạt mịn đất đất đắp khơng xàm nhập vào đá hộc rọ, thường để lớp vải địa kĩ thuật ngăn cách đáy tường lưng tường với đất đất đắp - Tường đất có cốt : dạng tường đại bao tải đâì chất đống thơ sơ nhân dân Tường mặt bì (da) làm kim loại bê tơng cốt thép Mặt bì nối với dải kim loại pơlime chơn lớp đất đắp sau tường 1.2 Ngun tắc tính tốn thiết kế tường chắn trọng lực / tường chắn góc Theo Tiêu chuẩn 9152: 2012 Nếu suốt chiều dài tường: kích thước mặt cắt ngang, đặc trưng lý đất đất sau tường, tải trọng tác động trị số khơng đổi, cho phép tính tốn tường chắn m dài Nếu tỷ số chiều dài tuyến chiều rộng mặt đáy nhỏ dọc theo chiều dài mà khn khổ, kích thước tường, đặc trưng lý đất đất sau tường tải trọng tác động trị số biến đổi (thí dụ chất đống tàu thuyền, ứng lực neo buộc) cần tính tốn theo đoạn tường (theo sơ đồ khơng gian) Khi tính vậy, ứng lực tác dụng lên tường chắn đặc trưng hình học kết cấu (diện tích nền, mơ men qn tính tiết diện v.v…) nói chung xác định đoạn tường tính tốn khả chịu tải kết cấu cần kể đến khả làm việc khơng gian kết cấu Việc tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ khả chịu tải (theo ổn định độ bền) cần thực theo tổ hợp tải trọng tác động bất lợi xảy giai đoạn sử dụng, sửa chữa q trình xây dựng BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Việc tính tốn theo trạng thái giới hạn thứ hai - theo biến dạng - cần thực tổ hợp tải trọng tiêu chuẩn phản ảnh điều kiện làm việc tường chắn thiết bị có tường mà theo xác định giới hạn biến dạng tường chắn (lún, cong) BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật PHẦN 2: TÍNH TỐN TƯỜNG CHẮN ĐẤT TRỌNG LỰC 2.1 Tổ hợp tải trọng trọng tâm đáy móng 2.1.1 Áp lực đứng lên tường chắn (tính tốn 1m tường) 20° W5 ĐẤT ĐẮP 5000 W2 W4 W1 ĐẤT NỀN 1100 1300 3900 1300 ĐƯỜNG Ô TÔ W3 6300 500 ĐẤT NỀN Áp lực thẳng đứng trọng lượng thân tường chắn (tính tốn mét tường) W1 = 0.5 × B × H × γ bt = 0.5 × (1.3 − 0.5) × 24 = 48( kN ) 1) 2) W2 = B5 × H × γ bt = 0.5 × × 24 = 60(kN ) W3 = B1 × H1 × γ bt = 6.3 ×1.3 × 24 = 196.56( kN ) 3) Áp lực thẳng đứng khối đất đè lên móng tường (tính tốn cho mét tường) BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật W4 = B4 × H × γ = 3.9 × ×19 = 370.5( kN ) 4) W5 = 0,5 × B4 × H × γ = 0,5 × 3.9 × tan 20o × 3.9 × 19 = 94.67( kN ) 5) 2.1.2 Áp lực ngang chủ động( Tính tốn theo coulomb) 23 δ = ϕ = = 11.5 2 Giả sử lưng tường bê tơng lấy Hệ số áp lực đất chủ động: θ1 = ϕ = 23 ; Có θ = ϕ + δ = 34.5 P = sin β cos(θ1 − θ ) − sin θ1 cos θ cos β = 0.0326 Q = −2sin θ1 sin θ cos β = −0.42 R = cos θ1 sin θ cos β = 0.49 ; tan θ = −Q − Q − PR = 1.3 2P => θ = 52.43 Hệ số áp lực đất chủ động là: µX = tan θ = 0.48 [ tan(θ + ϕ ) + tan θ ](1 − tan β tan θ ) Cường độ áp lực đất chủ động pa = γ z µ X Với z = đến 6.3m Tại zo = m pa = γ z µ X = BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Tại z1 = 6.3 m pa = γ z µ X = 57.456( KN / m ) 2.1.4 Tính tốn giá trị áp lực ngang EH W2 W4 5000 W5 W1 EH 3900 750 W3 2100 1300 1300 1100 A 57.456 6300 ĐẤT NỀN Biểu đồ áp lực đất Trị số áp lực đất ngang EH: (Tính với diện tích biểu đồ dương) BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn E= Bộ mơn Địa kỹ thuật A sin θ cos(θ + θ1 ) = 234.39 KN cos(θ + β ) sin(θ + θ ) A0 = Trong : H cos β = 0,5.6.32.cos 20 = 18.65 ; A = A0γ = 18.65 × 19 = 354.35 Điểm đặt EH cách chân tường đoạn : ta = 6.3 = 2.1(m) 2.1.3 Áp lực ngang bị động Giả sử áp móng đắp 1.8m 10 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật 20° W5 ĐẤT ĐẮP W2 W4 W1 ĐẤT NỀN Ep1 Ep2 1100 1300 3900 600 900 1800 60.4 W3 138.37 6300 500 ĐẤT NỀN Áp lực trước tường chắn Hệ số áp lực đất bị động Kp = Cường độ áp lực đất bị động trước tường Pp = γ.Kp Tại z =0 => Pp1 = 2c = 2.20 = 60.4 (KN/m2) Tai z = 1,8 => Pp2 = 19.2,28.1,8+ 2.20 = 138.37 KN/m2 Ep1 = 60.4x1.8 = 108.72 KN/m Ep2 = 0.5x(138.37 – 60.4)x1.8 = 70.17(KN/m) 2.1.5 Tổ hợp tải trọng theo trạng thái giới hạn sử dụng V = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 48 + 60 + 196.56 + 370.5 + 94.67 = 769.73 (kN) EH = Ex = E cos δ = 243.39.cos11.5 = 238.5 KN 11 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật E y = E cos δ = 243.39.sin11.5 = 48.52 KN Lấy momen với trọng tâm đáy móng : M = W1.e1 + W2 e2 + W3 e3 + E y e y + E x ex − E p1.e p1 − E p e2 − W4 e4 − W5 e5 M = 48 ×1.52 + 60 ×1 + 196.56 × + 48.52 × 0.75 + 238.5 × 2.1 − 108.72 × 0.9 − 70.17 × 0.6 − 370.5 ×1.2 − 94.67 ×1.85 = -89.49(KN.m) 2.1.6.Tổ hợp tải trọng theo TTGH cường độ Ta lập bảng sau: Thành phần tải trọng Giá trị thành phần tải trọng W1 W2 W3 W4 W5 Ex Ey Ep1 Ep2 Tổ hợp tải trọng cường độ: Hệ số tải trọng (n) Trị số 1,25 1,25 1,25 1,35 1,35 1,5 1.5 1.5 1.5 60 75 245.7 463.125 118.34 357.75 72.78 163.08 105.26 48 60 196.56 370.5 94.67 238.5 48.52 108.72 70.17 V= 60+75+245.7+463.125+118.34 =962.17 (kN) H= 89.41 (kN) M= -12.55(kN.m) 12 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật 2.3 Kiểm tốn lật theo trạng thái GHCD 20° W2 W5 W4 W1 Ey Ep2 600 900 1800 Ep1 1100 1300 3900 Ex 2100 60.4 EH W3 A 138.37 6300 ĐẤT NỀN Bảng tổng hợp momen chống lật momen lật mũi tường chắn (điểm A) Bảng momen chống lật Tên W1 W2 W3 W4 W5 Ey Ep1 Ep2 Lực / mét tường (kN) 60 75 245.7 463.125 118.34 72.78 163.08 105.26 Tổng momen Cánh tay đòn (m) 1.63 2.15 3.15 4.35 1.95 0.9 0.6 Momen / mét tường (kN.m) 97.8 161.25 773.96 2014.59 591.7 141.92 146.77 63.16 3991.15 13 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Bảng momen lật Tên Ex Lực / mét tường (kN) 357.75 Tổng momen Cánh tay đòn (m) 2.1 Momen / mét tường (kN.m) 751.3 751.3 Kiểm tra momen chống lật quanh điểm A: K lat = momenchonglat 3991.15 = = 5.31 > momenlat 751.3 Vậy, tường chắn ổn định chống lật quanh điểm A Tổng momen: Mnet = Mchonglat – Mlat = 3991.15 – 751.3 = 3239.85(kN.m) 2.4 Kiểm tốn ổn định trượt theo TT GHCĐ • Lực chống trượt thống kê: (tổng lực theo phương thẳng đứng) Rv =Ey+ W1 + W2 + W3 + W4 + W5 = 72.78+60+75+245.7+463.125+118.34 =1034.95 (kN) • Lực xơ ngang thống kê: (tổng lực theo phương ngang) Rh = Ex -Ep1-Ep2= 357.75-163.08-105.26=89.41 (kN) Lấy 1 δ = ϕ = × 22 = 11° 2 HSATtruotngang = FStruotngang = Rv × tan δ + c.B 1034.95 × tan110 + 27.5 × 6.3 = = 4.19 > 1,5 Rh 89.41 Vậy, tường chắn ổn định trượt ngang 14 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật 2.5 Kiểm tốn áp lực lên đất theo TT GHCĐ V M 1300 500 Giả sử chơn tường xuống 1.8 m: H 6300 Độ lệch tâm e : 15 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật M 12.55 ×106 e= = = 13.04(mm) V 962.17 ×103 Các kích thước có hiệu đáy móng là: L’= L = 1000 (mm) (xét với 1m dài ) B’= B – 2.e = 6300 – x 13.04 = 6273.92(mm) Khi đó, sức kháng đỡ danh định đất sét bão hòa tính theo cơng thức: qult = cN cm + gγ D f N qm ×10−9 ( MPa ) Trong đó: Df + Ta có: B' = 1800 = 0.287 < 2,5 6273.92 ; B ' 6273.92 = = 6.27 L' 1000 ; H 89.41 = = 0.1 < 0, V 962.17 + Nc = cho đất tương đối D ⇒ N cm = N c × 1 + 0, f B' B' H ÷× 1 + 0, ÷× 1 − 1,3 ÷ L' V = × ( + 0.2 × 0.287 ) × ( + 0.2 × 6.27 ) × ( − 1,3 × 0,1) = 10.4 Ta có: Nqm = lấy cho đất tương đối c = Su = 0.0275MPa qult = 0.0275 × 10.4 + 9.81× 2010 × 1800 ×1×10−9 = 0.321( MPa) Kiểm tra điều kiện sức kháng đỡ đất nền: qR A' = ϕb qult A' = 0.6 × 0.321× 1000 × 6273.92 = 1208356.99( N ) Lại có: V=962.17kN = 962170 N 16 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật => qR A' > V Kết luận : đất đủ khả chịu tải 2.8 Kiểm tốn lún đất theo TT GHSD - Ta tính lún theo kết lý thuyết đàn hồi theo tốn Boussinesq Khi phải xét đến biến dạng dư đất, cơng thức tính chuyển vị phải thay modul đàn hồi E thành modul tổng biến dạng Eo đất đáy móng - Như lớp đất có chiều dày z có độ lún hiệu đại số chuyển vị điểm đáy móng điểm tương ứng nằm chiều sâu z Khi ta có cơng thức tính độ lún nềnđất đáy móng sau: S= p.B1 ωconst C Trong + p tải trọng gây lún tính theo cơng thức: ∑V p= i Am ∑V SD − γ D f SD i Với ∑V SD i tổng tải trọng thẳng đứng TTGH sử dụng Am diện tích đáy móng : Am = 6.3 ×1 = 6.3( m2 ) =769.73 kN 17 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật chiều sâu chơn móng: γ trọng lượng thể tích lớp đất đáy móng: p= Thay số: γ = 20,1( kN / m2 ) 769.73 − 20,1×1,8 = 86(kN / m ) 6.3 C= + C số E0 21500 = = 23626,37( kN / m ) 2 −ν − 0,3 + hệ số tra bảng, phụ thuộc vào hình dạng móng, độ cứng móng Với móng tường chắn làm betong coi cứng tuyệt đối, tra bảng cho trường hợp móng băng ta được: =2,12; Thay số vào ta có: S= 86 × 6.3 × 2,12 = 0,049(m) = 49( mm) 23626,37 18 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Ta thấy Bộ mơn Địa kỹ thuật Fs = 1.633 > 1.5 =>Tường chắn ổn định trượt tổng thể VI Tính cốt thép 1.Tính cốt thép đáy Chiều cao lớp đất tương đương quy đổi là: 19 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn htd = Bộ mơn Địa kỹ thuật So 0.5 × 3.9 × 3.9 × tan 20o = = 0.71(m) b 3.9 Tải trọng rải lớp đất tương đương là: qo = htd × γ = 0.71×19 = 13.49( kN / m) Hợp lức R cách điểm gót đáy là: ∆= M net 3239.85 = = 3.13(m) Rv 1034.95 e=− B 6.3 +∆ =− + 3.13 = −0.02(m) 2 Độ lệch tâm e: Áp lực max,min lên đáy: qmax = Rv 6e (1 − ) = 167.4( KN ) 1× B B qmin = Rv 6e (1 + ) = 161.15( KN ) 1× B B Áp lực lên gót: (kN/m) Áp lực lên mũi: 139.69KN/m 40.7KN/m A B 161.15KN 162.24KN 167.4KN 163.53KN 20 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Momen A ∑ M / A = (162.24 − 40.7) ×1.1× 0.55 + 0.5 × (162.24 − 161.15) ×1.1× ×1.1 = 73.97( KNm) Momen B ∑ M / B = (167.4 − 139.6) × 3.9 ×1.8 + 0.5 × (167.4 − 163.53) × 3.9 × × 3.9 = 204.97( KNm) Tính cốt thép (tính cho mét tới) Giả thiết: chiều dày lớp bê tơng bảo vệ a=75 mm Bê tơng B20, CII Rbt = 11,5 (MPa) b = (m) Rs = 280 (MPa); + Bản mũi: ℎo = ℎ − a = 1300− 50=1250 (mm) = 1.25 (m) Diện tích cốt thép: Từ ta chọn: + Bản gót: ℎ0 = ℎ − a = 1300 − 50 = 1250 (mm) = 1,25 (m) Diện tích cốt thép: Từ ta chọn: Tính cốt thép đứng 21 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật EH Ey 60.4 Ex H Ep1 Ep2 138.37 Q Dựa vào biểu đồ áp lực ngang: Như tính tốn Ex = 238.5(kN) Ep1 = 108.72 (kN) Ep2 = 70.17 (KN) Bảng tính tốn moment Q: Tên Ex Ep1 Ep2 Lực / mét tới (KN) 238.5 108.72 70.17 Tổng moment Cánh tay đòn (m) 2.1 0.9 0.6 Moment / mét tới (KNm) 500.85 97.85 42.1 360.9 22 BTL_Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Tính tốn cốt thép vị trí Q (lấy a =50 mm, h q = 1300 mm, = 1250mm) Vậy chọn cốt thép cấu tạo: 23 ... trượt ngang 14 BTL_ Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật 2.5 Kiểm tốn áp lực lên đất theo TT GHCĐ V M 1300 500 Giả sử chơn tường xuống 1.8 m: H 6300 Độ lệch tâm e : 15 BTL_ Ổn định bờ... 2.73 0.841 19 13 0.95 38.2 23.6 - Đất tự nhiên 20.1 21 2.72 0.640 27.5 22 0.89 32.9 20.4 21500 BTL_ Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật PHẦN 1:PHÂN LOẠI TƯỜNG CHẮN ĐẤT VÀ NGUN TẮC TÍNH... tường cọc tường cừ Để giảm bớt độ chơn sâu đất tường để tăng độ cứng tường người ta dùng dây neo BTL_ Ổn định bờ dốc tường chắn Bộ mơn Địa kỹ thuật Hình 1.1 Các loại tường chắn theo ngun tắc làm